设计仿真 | 橡胶-金属粘合部件的FEA解决方案

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关于 Ferrabyrne

Ferrabyrne成立于1970年，坐落在英国，为全球大多数主要OEM铁路公司提供悬挂系统和橡胶-金属组件（RTM）设计服务和制造。RTM部件的主要功能是将车体与转向架隔离，以限制进入旅客车厢内的噪音和振动。这些部件提供的不仅仅是舒适和安静的乘坐体验，它们还被归类为安全关键部件，因为它们在轨道车辆的动力学中起着巨大的作用。除铁路行业外， Ferrabyrne还为商用车悬架行业以及工业、军事、可再生能源和休闲用品提供部件。Ferrabyrne在其设计和制造中采用了现代技术，是一家通过IRIS认证的ISO 9001:2015公司。在Ferrabyrne ，有10%的员工是工程师，其中许多人使用Marc。工程师们期待着未来的技术挑战，例如使用更好的阻尼组件降低噪音，并探索需要他们专业知识的新工业应用，如风能等橡胶-金属粘合底座。

挑战

很少有工程公司提供从定制设计、工程开发、测试和制造到部件维修、状态评估和寿命延长的端到端客户服务。对于集成关键组件的公司来说，这可能意味着设计、制造和在役之间的差异。要成为一家在所有这些不同领域拥有广泛专业知识的成功工程公司，Ferrabyrne需要利用最高效的模拟工具。

因为涉及富有挑战性的几何、超弹性材料和接触非线性，提供准确的非线性 FEA 报告对于支持“一次性”原型设计和验证至关重要。这些结果是在设计过程的早期获得的，并为还需要验证自己的车辆动力学的客户提供清晰，准确和及时的数据。

Ferrabyrne举了一个例子，一位客户制造了一列火车，并且即将将车辆交付给客户。在最后的测试中，他们发现横向刚度太低；车身明显地左右移动。为了定制的解决方案来纠正不必要的移动，避免失去轨道车辆销售的风险，他们很快来到Ferrabyrne 。

解决方案

橡胶-金属衬套专门采用非线性FEA预测径向、扭转和锥形行为。然后，Ferrabyrne可以自信地向客户提供多种材料组合，根据应用的强度、重量、物理尺寸和成本限制，封装优化的选择。模拟在预测衬套的预期寿命以及延长服务间隔以减少服务数量从而降低运营成本的能力方面也发挥着重要作用。

Ferrabyrne在两年前首次引入了海克斯康的非线性FEA求解器Marc，随后设计过程就有了重大改进。用模拟代替物理测试提高了生产率，这让Ferrabyrne的工程师们对他们按时在预算内交付项目的能力更有信心，从而提高了对客户的服务水平。

在将Marc作为分析工具之前，Ferrabyrne工程师需要花费大量时间和金钱，根据物理测试数据迭代地重新设计其组件。在将MARC作为他们的分析工具后，Ferrabyrne工程师可以尽早了解组件的行为，从而减少甚至有时消除重新设计和重新测试的需要。

通过在同一个软件中执行工作流程的每一步，Ferrabyrne的工程师能够通过优化关键设计标准如多轴刚度比率、应力/应变水平、峰值挠度或疲劳寿命，更好地满足客户的要求。Ferrabyrne的工程师也可以改变这一工作流程，使用Marc对在役车辆进行改进设计。高级设计工程师马克斯·布拉德利（Max Bradley）表示：“使用Marc，我们可以快速、高效地设计出满足客户所有需求的系统。”

因此，Ferrabyrne的全球客户相信，这些部件在整个动力总成中的功能将完全符合预期。

结果

采用强大、可靠、准确和高性能的非线性FEA软件Marc，使Ferrabyrne节省了大量的工程时间，从而能够更专注于未来的新挑战。

定制材料和定制化合物，以及非常小心控制的粘合过程和相应的硫化方法，也在Ferrabyrne的橡胶-金属粘合组件中发挥了重要作用因此，它们因其安全关键部件的耐久性而受到国际信赖。10多年来，该公司生产的部件没有发生粘结失效，这也使他们能够根据新的行业安全法规和安全挑战进行实施和设计，例如开发符合EN45545消防安全标准的橡胶化合物，以及市场领先的低蠕变化合物，以获得最佳的产品寿命。

一段时间以来，铁路行业一直以电气为主，现在越来越重视消防安全。虽然柴油和电动车辆的设计和工程流程的许多部分相似，但越来越需要靠近热源的安装件等部件。依据在Marc非线性材料建模方面的专家经验，使Ferrabyrne在战略上做好了准备，可以用新型耐火化合物处理重新设计的组件。利用Marc的FEA优化许多不同新化合物刚度和强度的实验研究，只需上传关键材料特性，如Mooney Rivlin模型参数，即可帮助Ferrabyrne加速整个设计和验证过程。

对于Ferrybryne，已经可以不需为赢得业务将物理测试作为定制组件设计的一部分工作了。物理测试包括获取材料属性、制造模具、制造组件、测试组件以及根据测试结果重新设计。物理测试需要考虑时间和成本，仅一个模具就需要4-6周的生产时间。

通过仿真进行自信的设计对于能够在交付车辆所需的时间范围内满足客户的特定要求至关重要。Ferrabyrne能够使用Marc为客户提供全面的刚度曲线，使他们能够将数据输入到自己的模拟中，例如“吸血鬼”，以检查零件是否集成到更广泛的系统中。最终，这个铁路客户能够按时交付列车。也多亏了Ferrabyrne，我们现在都能享受到更平稳、更安全的旅程。